JPH01269051A - 接合ボルトの超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の目的） （産業上の利用分野） 本発明は、原子力発電プラントの原子炉圧力容器あるい
は蒸気タービンケーシングなどを締着する接合ボルトの
ねじ部を探傷する超音波探傷装置に係り、特にねじ部に
発生する欠陥を超音波波動を利用して高い精度と信頼性
をもって検出し得る接合ボルトの超音波探信装置に関す
る。

（従来の技術） 一般に、原子炉圧力容器、蒸気タービン等の機器は、組
立および保守点検を容易に行うために水平面で上下に分
割できる構造を有し、その接合部を大口径の接合ボルト
によって締結して一体的に構成される。

これらの機器の内部には高温高圧の蒸気が流通しており
、その漏洩を防止するために、接合ボルトの装着にあた
っては、非常に大ぎな締着力を必要とする。

ところがボルトに強大な締着力を作用させるためには、
ナツトに強大な回転トルクを付与する必要があるが、そ
の機械設備は大掛りな装備となり、実用的ではない。

そのため−殻内にはボルトを熱膨張させた状態でナツト
を装着し、冷却時にボルトに強大な引張力を付与する、
いわゆる焼締め型接合ボルトが採用されている。すなわ
ち接合ボルトの中心軸に沿って中心穴を穿設し、この中
心穴に電熱体を挿入して、ボルトを高温度に加熱し、ボ
ルトを一時的に伸長させた状態でナツトを係止している
。

このように組立当初にボルトに強大な締着力を付与して
も、機器の運転開始から経時的に締着力が減少したり、
ボルト構成部材のクリープ現象または割れ、腐食等の欠
陥の発生により、その締着機能が徐々に低下する。

特に頻繁に起動停止を繰り返す蒸気タービンや主要弁等
の接合ボルトにおいては、起動前後の機器本体の熱変形
によって、ボルトに作用する応力が繰り返し増減して低
サイクル疲労を促進するとともに、運転時の高温度によ
ってクリープ疲労が増大する。

ところで電力の基礎負荷用に連続運転を目的として運転
されてきた多くの火力発電プラントが、近年、短時間に
変化するｔ力需要に対応するために、−日あるいは週単
位で頻繁に起動停止を繰り返す断続運転用に転換され、
需給調整用に使用される場合が急増している。

このような火力発電プラント用の蒸気タービンケーシン
グや主要弁等を締着するボルトは当初の設計値とは比較
にならない高い頻度で、繰り返し膨張収縮作用を受けて
いるため、疲労による割れの発生が懸念されている。

蒸気タービン、主要弁等において、−旦ボルトに割れが
発生したりまたはその割れがボルト本体を貫通した場合
は締着力が減少するため蒸気洩れ等の事故が発生し易く
、時として発電プラントの停止を余儀なくされるおそれ
もあり、その社会的影響も大きい。

そのため、疲労、クリープ現象等によって誘発される割
れを早期に検知し、常にボルトの健全性を確認する作業
が必要とされる。

ボルトに発生した割れを検知するための一般的な手段方
法および問題点が、例えばＥＰＲｒ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ
）：Ａｓｓｅｓｓ−ｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｏｌｔｉｎｇ　
Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　
ａｎｄＰｒａｃｔｉｃｅｓ（ＥＰＲＩ　ＨＰ−４２７４
Ｐｒｏｊｅｃｔ　２１７９−５　ＦｉｎａｌＲｅｐｏｒ
ｔ、　０ｃｔｏｂｅｒ　１９８５）に開示されテいル。

すなわち、上記報文においては第８図および第９図に例
示されるように、超音波の伝播を利用して接合ボルトに
発生する割れを検出する超音波探傷装置１が採用される
。

水平面で上下に分割されたタービンケーシングの接合フ
ランジ２ａ、２ｂに接合ボルト３が挿通され、この接合
ボルト３はナツト４によって締結される。接合ボルト３
には、中心軸に沿って電熱体を挿入するための中心穴５
が穿設される。

第８図は、接合ボルト３の上端面に垂直探触子６を当接
した状態を示す一方、第９図は中心穴５に斜角探触子７
を挿入し、探傷作業を実施している状態を示す。垂直探
触子６または斜角探触子７のいずれの場合においても、
探触子６．７からの超音波信号は、アナログ信号のまま
超音波探（口器８のブラウン管９に表示される。

超音波探信器８は第１０図のブロック図に示すように探
触子１０にパルス電圧を印加し、超音波を発振させるパ
ルス発振器１１と、探触子１（Ｍ）ｔらの受波信号を検
波増幅する受信器１２と、受信器１２からの波形信号を
、例えばＡスコープ表示により指示するブラウン管９な
どから構成される。

受信器１２からの波形信号は、第１１図に示すようにブ
ラウン管９に画像信号として指示される。

検査員はブラウン管９に表示された波形信号を観察し、
ねじ山群からの受波信号ｎと割れｄｌの欠陥を示す欠陥
指示信号ｅとを識別して、欠陥の有無を判断する。

（発明が解決しようとする課題） ところでこの種の接合用ボルトにおいては、接合ボルト
３のねじ底に応力が集中するため、発生ずる割れｄはね
じ底を起点とするものが大部分である。

このような接合ボルト３の割れを検出するに際して第８
図に示すように、接合ボルト３の端面に、垂直探触子６
を当接する方法を採用すると、垂直探触子６と割れｄｌ
との距離が長くなり、検出精度が低下する問題点がある
。すなわち超音波の伝播距離が長くなると、超音波の伝
播中の減衰によって、垂直探触子６に受信される超音波
のエネルギωが減少し、割れｄｌの検出力が低下する。

また一般に割れ輸は、接合ボルト３の横断面に対して角
度０が１０〜２０度程度に傾斜した状態で運行するもの
が多い。ところが垂直探触子６から発振される超音波は
直進性を有するため、ボルト３の横断面に対して角度が
１０度以上傾斜している割れｄｌからの反射波は探触子
に受信されニ＜りなり、割れｄ、の検出がさらに困難に
なるという欠点があった。

一方、第９図に例示するように焼締め用電熱体を挿入す
るために設けた中心穴５の内面に斜角探触子７を当接し
て、割れｄ２を検出する方法においては、中心穴５の内
面から接合ボルト３の横断面に対して超音波の屈折角度
αを約４５〜７５℃に設定して、超音波をねじ部方向に
伝播させている。

上記方法によって探傷した結果、ブラウン管９に表示さ
れた波形信号を第１１図に示す。波形信号には、割れ等
による欠陥指示信号と、ねじ山がら反射された信号など
の検査体の形状に起因する検出信号と、電気的な外乱に
よってもたらされる雑音信号とが混在している。そのた
め、ブラウン管９に表示された波形信号を目視によって
欠陥指示信号とその他の雑音信号とを正確に識別し、割
れの有無を判断するためには熟練を要し、識別を容易に
するためには欠陥指示信号の最大増幅値が雑音信号等の
振幅値の少くとも３倍以上であることが必要とされる。

従って第１１図に示すように欠陥指示信号ｅの振幅値が
ねじ山からの受波信号ｎの振幅値の１〜３倍となるよう
な小さな欠陥が存在する場合には、欠陥指示信号ｅの識
別が困難となる欠点があった。

また従来の探傷装置によると、欠陥指示信号ｅの識別判
断は、超音波探傷器８のブラウン管９に表示された波形
信号を検査員が目視して実施しているため、検査結果に
個人差を生じ、検査員によって評価が多少異なる場合が
ある。また同一の検査員が繰り返して、検査しても検査
結果にばらつぎを生じ、検査の精度、再現性が低い上に
、検査記録が残らない等の記録の保全が不充分である問
題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
あり、原子炉圧力容器、然気タービンケーシング、弁ケ
ーシング等の焼締め用接合ボルトに発生する割れを高い
検出精度と再現性とをもって自動的に検出識別し、また
検出結果を保存することが可能であり、現場における探
傷作業の能率化を図り、検査の信頼性を高めることがで
きる、焼締め用接合ボルトの超音波探傷装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（Ｘ！題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明に係る接合ボルトの超音
波探傷装置は、接合ボルトの中心軸方向に穿設された中
心穴に挿入され、接合ボルトに超音波パルスを発振する
超音波探触子と、超音波探触子を中心穴の軸方向に駆ｖ
ＪｔＩＩｌｖａする駆動ｉｌｌ　ｗＪ器と、超音波探触
子により受波された超音波のエコー信号をアナログ信号
からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記複数
のデジタル信号の各ピーク点を検出して各ピーク点を結
ぶ包絡点列を抽出するピーク検出器と、各ピーク点の振
幅値または各ピーク点間の路程値を基準値と比較し欠陥
の有無を検出する比較器と、上記超音波探触子の位置信
号、エコー信号などの検出信号を記憶するデータメモリ
とを備えたことを特徴とする。

（作用） 上記構成の接合ボルトの超音波探傷装置によれば、接合
ボルトの中心軸方向に穿設された中心穴に超音波探触子
が挿入され、挿入された超音波探触子は駆動−＋ｍ器に
よって駆動制御され、所定位置に保持される。

超音波探触子から発振された超音波パルスは、接合ボル
トの外表面のねじ部方向に伝播する。発振された超音波
は、ボルトのねじ内表面または割れにおいて反射し、反
射した超音波エコーは、超音波探触子に受信される。

超音波探触子に受信されたエコー信号は、受信器におい
て検波増幅され、Ａ／Ｄ変換器に転送される。Ａ／Ｄ変
換器は検波増幅されたエコー信号をアナログ信号からデ
ジタル信号に変換する。

デジタル信号はピーク検出器に入力され、ピーク検出器
は、波形信号の各ピーク点を結ぶ包格点列を抽出する。

抽出された各ピーク点の振幅値および隣り合う各ピーク
点間の路程値は比較器において基準値と比較され、その
偏差の大小によって、接合ボルトにおける割れの発生の
有無が判定される。

上記の欠陥検出の手順をより具体的に説明する。

接合ボルトの各ねじ山の傾斜面からは超音波ビームの広
がりに対応して、複数の超音波信号が検知される。検知
された超音波信号はデジタル信号に変換され、さらにそ
のデジタル信号の各ピーク点が抽出され、さらに各ピー
ク点を結ぶ包格点列が得られる。割れなどの欠陥がない
場合、上記包絡点列を結ぶ図形はひとつの頂部を有する
山形を呈する。この包絡点列における各ピーク点の振幅
値および隣接する包絡点間の路程値が得られ、これらの
値が欠陥の有無を判定する場合の基準値となり、予め記
憶される。

一方、接合ボルトのねじ部に割れが発生している場合は
、割れ表面において超音波が反射される一方、超音波の
伝播方向に対して、割れの背後に位置するねじ山からの
超音波の反射量は著しく小さいか、もしくは反射しない
。したがって各ねじ山からのエコー信号のピーク点を結
んだ包絡点列において割れが発生したねじ部に対応する
ピーク点の振幅値は、欠陥がない場合と比較して大幅に
増大する。一方、割れの背後に位置するねじ部に対応す
るピーク点の振幅値は著しく少ないか存在しない。また
振幅値が著しく小さくなった場合および存在しない部分
においては、そのピーク点間の路程値は拡大するように
変化する。

したがって割れのない接合ボルトを被検体として超音波
探傷して得られた包絡点列の各振幅値および各ピーク点
間の路程値を基準値として、実際に使用している接合ボ
ルトを探傷して得られた包格点列の各振幅値および路程
値を比較器によって比較すると、欠陥の大きさに比例し
て偏差が検出され、微少な割れの発生も検出することが
できる。

以上のように本発明に係る接合ボルトの超音波探傷装置
によれば、超音波のエコー信号より得られた包絡点列の
振幅値および各包格点間の路程値と基準値との比較によ
り、割れの発生の有無が高い精成と再現性とをもって識
別されるため、ｔａ器器用用現場おける超音波探傷作業
の効率および信頼性を大幅に向上させることができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について添付図面を参照して説明
する。第１図は本発明に係る接合ボルトの超音波探傷装
置の一実施例の構成を示すブロック図である。

本実施例に係る接合ボルトの超音波エコー″ｆ！１は、
接合ボルト３の中心軸方向に穿設された中心穴５に挿入
され、接合ボルト３に超音波パルスを発振する超音波探
触子１０と、超音波探触子１０を中心穴５の軸方向に駆
動制御する駆動制御器１３と、超音波探触子１０により
受波された超音波のエコー信号をアナログ信号からデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１４と、上記複数のデ
ジタル信号の各ピーク点を検出して各ピーク点を結ぶ包
格点列を抽出するピーク検出器１５と、各ピーク点の振
幅値または各ピーク点間の路程値を基準値と比較し欠陥
の有無を検出する比較器１６と、上記超音波探触子１０
の位置信号、エコー信号などの検出信号を記憶するデー
タメモリ１７とを備える。

また超音波探触子１０を中心穴５の軸方向の所定位置ま
で移動し、固定する駆動機構１８が設けられ、この駆動
機構１８は駆動制ｍ器１３によって制御される。さらに
超音波探触子１０の中心穴５内における位置を検出し、
検出装置１９に位置信号を出力する位置検出器２０が駆
動機構１８に付設される。

また、超音波探触子１０に超音波を発振させるためにパ
ルス電圧を印加するパルス発振器１１と、超音波探触子
１０からのエコー信号を検波増幅する受信器１２と、受
信器１２からの波形信号をデジタル信号に変換するＡ／
Ｄ変換器１４と、Ａ／Ｄ変換器１４から出力されたデジ
タル信号を処理し、接合ボルト３のねじ部Ｓに発生した
割れｄ３を検出する検出装置１９が設けられる。

この検出装置１９の構成をさらに詳しく説明する。

この検出′ｖｔ５１９は、上記デジタル信号の各ピーク
点を検出するピーク検出器１５と、割れのない接合ボル
トを超音波探信して得られた包絡点列の基準振幅値およ
び基準路程値を記憶させておく基準プロファイルメモリ
２１と、包絡点列の最大振幅値を検出する最大ピーク検
出器２２と、抽出した包絡点列の各振幅値および包絡点
間の路程値を、上記す準プロフ？イルメモリ２１より読
み出した基準振幅値および基準路程値と比較して、その
偏差の大小によって欠陥の有無を判断する比較器１６と
、上記Ａ／Ｄ変換した波形信号および位置検出器２０に
より検出された超音波探触子１０の位置信号を一旦記憶
しておく位置・波形信号メモリ２３と、上記比較器１６
の出力である欠陥の検出データ、探触子の位置信号およ
び波形データ等を記憶し保管するデータメモリ１７と、
上記機器を制御するコンピュータ２４とから構成される
。

さらにこの検出装置１９には、探信状況および結果等を
表示するＣＲＴなどの表示装置２５および記録書を作成
するプリンタ２６が付設されている。

次に本実施例の作用を説明する。

上記構成の実施例によれば、接合ボルト３の中心穴５に
挿入された超音波探触子１０は、駆動制御ｌ器１３によ
ってしＩＷＪされた駆動機構１８によって所定位置に駆
動された後に固定される。この超音波探触子１０の位置
は、位置検出器２０によ−って検出され、この位置検出
信号は、検出装置１９内のコンピュータ２４に伝送され
、さらに位置・波形信号メモリ２３およびデータメモリ
１７に入力され記憶される。

超音波探触子１０は、パルス発振器１１からのパルス電
圧を受けて超音波ビーム２７を発振する。

発振された超音波は接合ボルト３の内部を伝播して、ね
じ部Ｓおよび割れｄ３の界面において反射しエコー信号
となる。エコー信号は超音波探触子１０に受信されて電
気信号として受信器１２に送信される。受信器１２にて
受信された超音波、信号は検波増幅された後にＡ／Ｄ変
換器１４に伝送され、アナログ信号からデジタル信号に
変換される。

デジタル化された超音波信号は検出装置１９内のピーク
検出器１５に入力され、ピーク検出器１５はねじ自群と
割れの存在を示す波形群の各ピーク点を抽出し、波形群
の包絡点列を抽出する。包絡点列を表わす信号は、最大
ピーク検出器２２に伝送され、最大ピーク検出５２２は
、包絡点列の最大ピーク点を抽出し、この最大ピーク点
の振幅値を１００％として他のピーク点の振幅値を基準
化する。

基準化された包絡点列は、比較器１６に伝送され、比較
器１６は、予め基準化されて基準プロファイルメモリ２
１に記憶されている欠陥のないねじ部の包絡点列の基準
振幅値および包絡点間の基準路程値と、被検体から得ら
れた振幅値および路程値とを比較し、両者の偏差が規定
値以上に達している場合に当該部に欠陥が発生した旨の
欠陥信号をコンピュータ２４に送信するとともにデータ
メモリ１７に保管記憶する。

また位置検出器２０によって検出された超音波探触子１
０の位置信号およびデジタル化した波形信号等の探傷デ
ータもデータメモリ１７に保存される。

次に上記の一連の探傷処理を実施した具体例について第
２図〜第５図を参照して説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）、（ｌは割れの発生がない接合ボ
ルト３のねじ部を探傷した例を示す。

超音波探触子１０は接合ボルト３の中心穴５内の所定位
置に挿通され、ねじ部方向に超音波ビーム２７を発振さ
せる。超音波ビーム２７は第２図（ａ）において破線で
示すように指向範囲を有するため、範囲内に位置するＷ
Ｊ数のねじ出でそれぞれ反射して、エコー信号となる。

このエコー信号は第２図（ｂ）に示すような受信信号波
形２８として表示装置２５に表示される。ここで第２図
（ｂ）に示す受信信号波形２８はＡスコープで表示され
たものであり、縦軸は信号レベル、横軸はビーム路程を
表わす。

第２図（Ｃ）は、受信信号波形２８がＡ／Ｄ変化器１４
にてデジタル信号に変換された後に、ピーク検出温１５
にて波形のピーク点が抽出され、包絡点列２９を形成し
た状態を示す。このように割れが発生していない接合ボ
ルト３のねじ部の受信信号波形２８の各ピーク点を結ぶ
包絡点列２９はひとつの頂部を有する滑らかな山形を呈
する。

次にねじ部に微小な割れｄ３が存在する場合の探傷操作
の具体例について第３図（ａ）、（ｂ）。

（Ｃ）を参照して説明する。第３図（ａ＞に示すように
ねじ部に割れｄ３が存在すると、Ａスコープ表示で表わ
した受信信号波形２８は第３図（ｂ）に示すようになる
。すなわち、割れの界面部および超音波ビーム２７の伝
播方向側で割れｄ３と接したねじ山Ｍ　からの反射波Ｅ
１の信号レベル（振幅値）は大きくなる。一方、微小な
割れｄ３に対して超音波ビーム２７の伝播方向の背後に
なるねじ山Ｍ　からの反射波Ｅ２の信号レベル（撮幅ｌ
１１）は割れｄ３によって超音波の伝播が妨害されるた
めに著しく低くなる。

このような受信信号波形２８をＡ１０ｆ換器１４にてデ
ジタル信号に変換した後にピーク検出器１５にて波形の
ピーク点を求め包絡点列を抽出すると第３図（Ｃ）に示
すように凹部を有する二重形状の包絡点列２９が得られ
る。ここで第３図（ｂ）に示す反射波Ｅ　、Ｅ２のピー
ク点は第３図（Ｃ）においてそれぞれ記号Ｈ１１」　　
で示される。

ここで第２図（Ｃ）に示す割れの存在しないねじ部の包
絡点列２９はさらに最大ピーク検出器２２に入力される
。最大ピーク検出器２２は包絡点列２９の最大ピーク点
を抽出し、抽出した最大ピーク点の信号レベル（振幅ｆ
ｉｌ）を１００％として、各包絡点の信号レベルを最大
ピーク点の信号レベルに対する割合として表示する基準
化を実行する。

基準化された包絡点列３０を第４図（ａ）に示す。

この基準化した包絡点列３０の各振幅値および各路程値
は規準値として基準プロファイルメモリ２１に記憶され
る。

一方、第３図（Ｃ）に示すように探傷の対象となった接
合ボルト３について得られた包絡点列２９についても、
最大ピーク検出器２２によってその包絡点列２９の最大
ピーク点が抽出され、その最大ＦｉＩＩＩＡｖｉを１０
０％として、各包絡点の振幅値および路程値が基準化さ
れ、第４図（ｂ）に示すように基準化した包絡点列３０
ａを得る。第４図（ｂ）は、接合ボルトのねじ部に微小
な割れｄ３が存在する場合の包絡点列３０ａを示してい
る。

次に上記のように基準化した包格点列３ｏ、３Ｑａの振
幅値から割れの有無を判別する方法を第４図（Ｃ）を参
照して説明する。

基準プロファイルメモリ２１に予め記憶保存されていた
包絡点列の基準振幅値が読み取られ、比較器１６に伝送
される。この基準振幅値に対して、ある一定範囲（±Ａ
％）の範囲が設定される。したがって第４図（Ｃ）に示
すように基準となる包絡点列３０に対して上下位置にそ
れぞれ上限包絡点列３１、下限包絡点列３２が設けられ
る。第４図（ｂ）に示したような探傷試験の対象となっ
た接合ボルトを探傷して得られた受信信号波形を基準化
した包絡点列３０ａの各振幅値が、第４図（Ｃ）に示す
ように設定された上下限の振幅値の範囲内に存在する場
合には欠陥はないものと判断され、逆に範囲外に突出す
る場合は当該部分に欠陥が発生していると判断される。

すなわち得られた各振幅値が比較器１６において基準振
幅値と比較され、その偏差が２Ａより大きくなった場合
に欠陥が発生したと判断される。

第４図（Ｃ）においてはピーク点Ｈ１，８２がそれぞれ
上限包絡点列３１と下限包絡点列３２との間に形成され
る範囲外に突出しており、当該部に欠陥が発生している
と判断される。割れが発生した部位に対応する包絡点の
振幅値の変化は極めて大きいため、微小な割れについて
も容易に検出することが可能となる。

次に探傷操作によって得られた包絡点列の各包絡点間の
路程値の変化沿の大小によって割れの発生の有無を判別
する方法について第５図を参照して説明する。

第５図（ａ＞は割れが存在しない健全な接合ボルトのね
じ部の探信波形信号より得た基準化した包絡点列３０ａ
を各路程値Ｐ１〜Ｐ６とともにＡスコープ表示で示すグ
ラフである。すなわちピーク検出器１５によって抽出さ
れた基準の包絡点信号は、最大ピーク検出器２２に伝達
され、前述したように最大ピーク点Ｈ１ａｘが抽出され
、最大ピーク点Ｈ，ａｘの振幅値ＬｌａＸを基準として
各包絡点列の信号レベルＬ、Ｌ２．・・・Ｌ７が基準化
される。

一方、各ピーク点間の路程値Ｐ　　−Ｐ６の平均値Ｐ。

が求められ、これらの値は包絡点列の振幅値し１〜Ｌ７
とともに基準プロファイルメモリ２１に一旦記憶保存さ
れる。

ここで、各包絡点間の路程値の平均値Ｐ　は下記（１）
式で与えられる。

第５図（ｂ）は、第３図（ａ＞に示す微小な割れｄ３よ
り若干大きな割れｄ４を有する接合ボルト３のねじ部を
探傷する状態を示す断面図である。

超音波探触子１０から発振した超音波は各ねじ山Ｍ１〜
Ｍ７および割れｄ４において反射し、反射したエコー信
号はピーク検出器１５によって各ピーク点Ｈ〜Ｈ７が検
出され、各ピーク点Ｈ１〜Ｈ７を結ぶ包絡点列３３が第
５図（Ｃ）に示すように得られる。ここで超音波ビーム
２７の伝播方向に対して、割れｄ４の背後にあるねじ山
Ｍ４には超音波がほとんど到達せず、反射エコーがない
ため、ねじ山Ｍ４に対応した包絡点は検出されない。し
たがって第５図（Ｃ）に示す包絡点列において割れｄ４
によって超音波の伝播が妨げられたねじ山Ｍ４を挟む２
つのねじ山Ｍ３およびＭ５に対応したピーク点Ｈ３およ
びＨ５との間の路程値Ｐ９は他の隣り合う包絡点間の路
程値Ｐ７．Ｐ８゜Ｐｌｏ、Ｐ４．より大きく検出される
。

これらの包絡点間の路程値Ｐ７〜Ｐ１１は比較器１６に
入力される。比較器１６は、基準ブロフフイルメモリ２
１に予め記憶された基準包絡点列の路程値Ｐ１〜Ｐ６の
平均値Ｐｎを読み出し、そのＰ　値と上記各路程値Ｐ、
〜Ｐ１１とを比較し、その偏差が著しく異なったＰ９に
対応する部位に割れが発生したと判断し欠陥検出信号を
データメモリ１７に出力する。

コンピュータ２４はデータメモリー７に記録された各包
絡点列３０ａ、３３の振幅値り、Ｌ、。

・・・および路程値Ｐ１．Ｐ２・・・を超音波探触子１
０の位置信号とともに、適宜、表示装置Ｆ（ＣＲＴ）２
５およびプリンタ２６に出力する。

次に本実施例に係る超音波探信装置１において検出する
ことが可能な割れの深さを算定する。

ここで第６図（ａ）に示すように被検体となる接合ボル
ト３のねじ山Ｍの一辺の長さを１１ボルト軸直角方向に
対するねじ山面の傾きをＡ１ねじ底に深さｄ履の割れＤ
がねじ山に沿って発生したと仮定する。また、超音波ビ
ーム２７は、接合ボルト３の軸直角方向に対して角［８
度だけ傾斜して互いに平行に伝播して反射するものとし
、かつ超音波ビーム２７の強さは、−様に等しく、反射
する超音波の強さは、反射面の広さに比例すると仮定す
る。

上記の通り仮定し、さらにねじ山Ｍ４１と、割れＤを含
むねじ山Ｍ４２と、超音波ビーム２７の伝播方向に対し
て割れＤの背後に位置するねじ山Ｍ４３とにおいて反射
する超音波の強さをそれぞれＬ４１゜’４２．Ｌ４３と
すると、下記（２）、（３）、（４）の比例関係式が成
立する。

１−４１ｏｃ　Ｌｏ・−・・・・（２）Ｌ４２ＣＫＬ−
Ｌｏ＋ｄ　　　　　・・・・・・（３）Ｌ４３ｏｃＬ１
＝Ｌｏ−ｄ　　　　　・・・−・（４）ここでし。は割
れが存在しないねじ山における超音波の反射面長さ、Ｌ
は割れＤを含むねじ山Ｍ４２における超音波の反射面長
さ、Ｌｌは割れＤの背後にあるねじ山Ｍ４３における反
射面長さである。

この超音波の強さく信号レベル）を包絡点列で表わすと
第６図（ｂ）のようになる。図からねじ山Ｍ４２におけ
る超音波の反射量が最も多く、振幅値Ｌ　が最大振幅１
ｉｆｌＬ　　　となっている。

４２　　　　　　　　　　　　　ＩＩａｘここで割れＤ
の背後に位置するねじ山Ｍ４３における反射波の振幅値
を’４３とすると、Ｌｌ、ａｘに対するＬ４３の比は、
（３）、（４）より下記（５）式として導出できる。

ここで接合ボルト３の形状を具体化し、オニ２履、Ａ＝
３０度、Ｂ−６０度とすると、Ｌｏ＝　１　ｓｉｎ　Ａ
−２ｓｉｎ　３０度＝１麿となる。

この値を〈５）式に代入すると、 Ｌ４３＝１−ｄ Ｌ　　　　　１＋ｄ ｌａＸ となる。

ここで、深ざｄ＝０．２５１ｍの割れＤが発生したとす
ると、し　　対する’４３の比は、下記（６）ｌａＸ 式の関係となる。

このことは’　ｌａＸの値を１００％とした場合に’４
３が６０％の値をとることを意味する。したがって第７
図（ａ）に示すようにしｌａＸ値を１００％として基準
化した包絡点列の最大ピーク点Ｈとし、斜線で示すよう
にＬＩＩ１８ｘ値の上下方１８Ｘ 向にそれぞれ４０％の振幅値の許容範囲３４を設置した
場合、良さが０．２５履以上に発達した割れＤの背後に
あるねじ山Ｍ４３からの反射波の振幅値Ｌ４３が上記の
許容範囲３４の範囲外となり、ねじ山Ｍ４２の谷部に欠
陥が発生していることが容易に識別される。

上記振幅値の許容範囲３４は、比較器１６において算出
される偏差の許容限界として設定され、比較器１６は基
準振幅値と探傷操作によって得られた振幅値し４１．Ｌ
４２．’４３．’４４との偏差が上記許容限界を超えた
場合に欠陥検出信号を出力する。

また深さｄ−１履の割れＤが存在したと仮定すると（５
）式から、下記（７）式の関係を得る。

すなわち割れＤの背後にあるねじ山Ｍ４２からの超音波
の反射エコーが検出されず、その振幅値Ｌ４３は不検出
となる。

したがって基準化した信号レベルで表示した各ピーク点
の振幅”Ｌ４１−　’４２．Ｌ４４は第７図（ｂ）に示
すように表われる。ここで各ピーク点間の路程値Ｐ２ｏ
、Ｐ２１は下記（８）、（９）式で与えられる。

Ｐ　＝オｃｏｓ　　（９０°−２ＸＡ）　　　・・・・
・・（８）Ｐ２．＝２ｘＪｃｏｓ　　（９０°−２ＸＡ
）・・・・・・（９）（８）、（９）式より下記（１０
）式の関係を得る。

Ｐ２１＝　２　Ｘ　Ｐ２ｏ−・−（１０）すなわち前記
仕様の接合ボルト３において深さｄ＝１履以上の割れが
発生すると、割れが存在するねじ部の包絡点間の路程値
Ｐ２１は、割れのない健全なねじ部における路程値Ｐ２
ｏの２倍以上となる。したがって、健全なねじ部におけ
る路程値を基準として、その偏差を比較器１６で求める
ことにより、割れの存在が容易に識別される。

以上説明の通り本実施例に係る接合ボルトの超音波探傷
装置によれば、接合ボルトのねじ部に対して発揚した超
音波ビームを反射エコー信号として受信し、受信したエ
コー信号はデジタル変換された後に、各ピーク点を結ぶ
包絡点列が抽出される。そして各ピーク点の振幅値また
は各ピーク点間の路程値が比較器１６において基準値と
比較され、両者の偏差の大小によって割れの有無を自動
的に判別することができる。

したがって蒸気タービンケーシング、原子炉圧力容器等
の大型機器を接合する接合ボルトに発生する割れを高い
検出精度をもって検出することができる。また検出値の
処理判断において、検査員の技仲較差が影響することが
なく、再現性が高い探傷作業を実施することが可能とな
り、現場における探傷作業の効率および信頼性を大幅に
向上することができる。またデータメモリ１７、表示装
置２５およびプリンタ２６を保持しているため、データ
の確認および検査記録の保管管理、作成作業も容易にな
る。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る接合ボルトの超音波探信装
置によれば、接合ボルトのねじ部および欠陥部において
反射した超音波を探触子によって受信し、その受波信号
をデジタル変換した後に、デジタル信号の各ピーク点に
よる包絡点列を抽出し、欠陥のないねじ部の包絡点列に
おける基準値と、被検体より得られた振幅値および包絡
点間の路程値との比較から割れ等の欠陥の有無を自動的
に検出することができる。

したがって、蒸気タービンケーシング等の大型Ｒ器を接
合するボルトに発生する割れを高い検出精度で、かつ迅
速に検出することができる。ま、た、検出の処理判断に
おいて検査員の技仙較差が影響することがなく、再現性
の高い探傷結果を得ることができる。そのため、現場に
おける探傷作業の効率および信頼性を大幅に向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る接合ボルトの超音波探傷装置の一
実施例を示すブロック図、第２図（ａ）は割れが存在し
ない接合ボルトのねじ部の探傷状態を示す断面図、第２
図（ｂ）は探傷波形信号を示すグラフ、第２図（Ｃ）は
波形信号のピーク点の包絡点列を示すグラフ、第３図（
ａ）は微小な割れが存在する場合におけるねじ部の探傷
状態を示す断面図、第３図（ｂ）は探傷波形信号を示す
グラフ、第３図（Ｃ）は波形信号のピーク点の包絡点列
を示すグラフ、第４図（ａ）は欠陥のない接合ボルトの
包絡点列を基準化して示すグラフ、第４図（ｂ）は欠陥
を有する接合ボルトの包絡点列を基準化して示すグラフ
、第４図（Ｃ）は包絡点列の振幅値から欠陥の有無を判
別する方法を説明するグラフ、第５図（ａ）は割れが存
在しない接合ボルトのねじ部の探傷波形信号を基準化し
て得た包絡点列を各路程値とともに示すグラフ、第５図
（ｂ）は微小な割れが存在する場合におけるねじ部の探
傷状態を示す断面図、第５図（Ｃ）は第５図（ｂ）に示
す探傷操作によって得られた包絡点列を各路程値ととも
に示すグラフ、第６図（ａ）は本探傷装ｄにおける欠陥
検出能力を説明するため断面図、第６図（ｂ）は第６図
（ａ）における探傷結果を示すグラフ、第７図（ａ）は
包絡点列の振幅値の変化を示すグラフ、第７図（ｂ）は
包絡点相互間の路程値の変化を示すグラフ、第８図は垂
直探触子を使用した従来の超音波探傷装置を示寸断面図
、第９図は斜角探触子を使用した従来の超音波探傷装置
を示す断面図、第１０図は従来の超音波探傷器の構成を
示すブロック図、第１１図は従来の探信装置によって得
られた波形信号をＡスコープで示すグラフである。 １・・・超音波探傷装置、２．２ａ、２ｂ・・・接合７
ランジ、３・・・接合ボルト、４・・・ナツト、５・・
・中心穴、６・・・垂直探触子、７・・・斜角探触子、
８・・・超音波探傷器、９・・・ブラウン管、１０・・
・超音波探触子、１１・・・パルス発振器、１２・・・
受信器、１３・・・駆動制御器、１４・・・Ａ／Ｄ変換
器、１５・・・ピーク検出器、１６・・・比較器、１７
・・・データメモリ、１８・・・駆動機構、１９・・・
検出装置、２０・・・位置検出器、２１・・・基準プロ
ファイルメモリ、２２・・・最大ピーク検出器、２３・
・・位置波形信号メモリ、２４・・・コンピュータ、２
５・・・８表示装置、２６・・・プリンタ、２７・・・
超音波ビーム、２８・・・受信信号波形、２９・・・包
絡点列、３０．３０ａ・・・基準化した包絡点列、３１
・・・上限包絡点列、３２・・・下限包絡点列、３３・
・・包絡点列、３４・・・振幅値の許容範囲、Ｓ・・・
ねじ部、Ｄ、ｄ、ｄ　　、ｄ　　、ｄ３−・・割れ、ｅ
　・・・欠陥指示信号、ｎ・・・ねじ山からの受波信号
、Ｍ。 Ｍ、、Ｍ２・・・ねじ山、Ｅ、Ｅ、、Ｅ２・・・反射波
、Ｈ，Ｈ、Ｈ２，Ｈ３，・・・１」７・・・ピーク点、
日　　・・・最大ピーク点、Ｌ、Ｌ　　、Ｌ２．Ｌ３・
・・ＩａＸ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１信号レベル（振幅値）、Ｌｌａｘ・・・最大振幅
値、Ｐ。 Ｐｌ、Ｐ２　、Ｐ３．　・Ｐｎ・・・路程値。 （ｂ）　　　　　　　　　　（Ｃ） 第３図 （（１）（ｂ） ご−ム路程　□ （Ｃ） 第４図 第６図 Ｌ４１　　　　Ｌ１２　　Ｌ４！ 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 接合ボルトの中心軸方向に穿設された中心穴に挿入され
   、接合ボルトに超音波パルスを発振する超音波探触子と
   、超音波探触子を中心穴の軸方向に駆動制御する駆動制
   御器と、超音波探触子により受波された超音波のエコー
   信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ
   変換器と、上記複数のデジタル信号の各ピーク点を検出
   して各ピーク点を結ぶ包絡点列を抽出するピーク検出器
   と、各ピーク点の振幅値または各ピーク点間の路程値を
   基準値と比較し欠陥の有無を検出する比較器と、上記超
   音波探触子の位置信号、エコー信号などの検出信号を記
   憶するデータメモリとを備えたことを特徴とする接合ボ
   ルトの超音波探傷装置。